油、氣、水與砂/固體的分離，通常是由分離器進行的，這是采油作業(yè)中的關(guān)鍵步驟。這種分離能夠最大化的回收碳氫化合物，并使作業(yè)者可測量單個組分流的流量或產(chǎn)量。這些數(shù)據(jù)形成了油田每口井產(chǎn)出流體量的基本信息。

作業(yè)者面臨的一個主要挑戰(zhàn)是防止積砂過多，這可能會堵塞進液口與分離器的排砂罐。積聚的砂粒會限制分離器的寶貴能力，如果不進行監(jiān)測與清除，就需在清理過程中關(guān)井，這是非常昂貴的代價。因此，可靠地檢測分離器中砂粒的聚積情況是至關(guān)重要的。

分離器 

分離器常用于定期試井（作為測試分離器）或連續(xù)產(chǎn)量測量（作為采油分離器）。分離器分為兩相、三相、四相的型號，相數(shù)指的是離開分離器的流體數(shù)量。兩相分離器用于將井內(nèi)產(chǎn)出流體分離成氣體與流體，而三相分離器用于分離油、氣、水，如圖1.四相分離器多了將砂粒分離的功能。當產(chǎn)出流體中含有砂粒以及其他固體顆粒時，分離器需要增加內(nèi)部裝置，來收集與處理這些物質(zhì)。

圖1. 三相分離器 

分離器依靠重力來分離井產(chǎn)流體的不同組分。當井產(chǎn)流體進入罐后，氣體很快從液體中分離出來，因為它的重量遠遠低于油或水的重量。然后將氣體送入分離室，并通過流出管線離開分離器，進入氣體處理系統(tǒng)。與此同時，液體被輸送到罐的底部，油會位于水的頂部，與水分層，因為它的密度較低。然后油層溢過擋板，進入罐體的油腔室。油與水分別通過不同的流出管線，從分離器流出到各自的處理系統(tǒng)。

防砂與聚積 

如果油藏或采油方式會導(dǎo)致出砂，產(chǎn)出的砂粒將開始積聚在分離器的下部腔室中。保護性防砂措施，如可膨脹式防砂篩管與礫石充填，是限制砂粒進入分離器的常見需求。然而，執(zhí)行這些措施并不是一個簡單的過程。首先，通常不同井平臺的地質(zhì)條件是不同的，即使它們相對較近。有些井會產(chǎn)生大量的砂粒，而有些則非常少，這就很難預(yù)測所需的防砂級別。每個井平臺可能需要不同的防砂技術(shù)，這增加了作業(yè)的復(fù)雜性。此外，部署這些保護措施還需要大量時間與技術(shù)資源。

即使這些防砂措施正常工作，仍會有一些砂粒長期積聚在分離器中。但是，防砂失敗會加速分離器內(nèi)的積砂，從而堵塞排砂罐。而且，分離器中過多的砂粒會促使油與水之間形成不需要的乳狀液。這些乳狀液會占用罐中寶貴的空間，從而導(dǎo)致油流量的減少。此外，當分離器內(nèi)的砂粒積聚到一定水平時，可能會被抽出，這會導(dǎo)致分離器下游的設(shè)備（如泵，閥與流量計）因堵塞、磨損而受到損壞或侵蝕。

如果砂粒堆積量過大，就需要關(guān)井，導(dǎo)致巨大的產(chǎn)量損失，并且還需移除堵塞出口的砂粒，這既費時又極其昂貴。因此，對于提高分離器與采油效率，以及防止設(shè)備遭受昂貴的損害，了解砂粒的積聚情況是至關(guān)重要。

監(jiān)測砂粒積聚 

大多數(shù)作業(yè)者沒有定期的檢查程序，分離器通常運行直至出現(xiàn)問題。因此能夠檢測與監(jiān)測積沙的技術(shù)與防止事故發(fā)生的技術(shù)，在作業(yè)中具有顯著的優(yōu)勢。業(yè)內(nèi)目前已經(jīng)使用了核技術(shù)，其中一種方法是利用伽瑪源向罐體另一側(cè)的探測器發(fā)射輻射。但該方法有一些缺點，比如風(fēng)險與復(fù)雜程度；需要每年的驗證要求；遵守當?shù)胤�律的必要性；高擁有成本等。這促使作業(yè)者尋求可靠安全，且不那么復(fù)雜與昂貴的替代方案。

艾默生自動化解決方案公司提供了這種替代方案，該公司推出了最新的振動音叉液位探測器（圖2）。該系統(tǒng)具有獨特的功能，可持續(xù)監(jiān)測分離器中砂粒的積聚情況，從而消除意外關(guān)井的風(fēng)險。傳統(tǒng)上用于監(jiān)測氣-液體界面的這些裝置通過使用音叉的概念進行作業(yè)。兩個叉齒浸入容器中，一個內(nèi)部壓電晶體以其固有頻率振動叉子，并對該頻率的變化進行連續(xù)監(jiān)測。

圖2.艾默生公司的Rosemount 2140振動叉式液位探測器。 

頻率變化，這取決于音叉浸入的的介質(zhì)，在不同的介質(zhì)中，介質(zhì)的密度越大，頻率越低。該原理還使該設(shè)備能夠通過特殊的“砂開關(guān)”功能，用于監(jiān)測液-砂界面，這使其成為分離器應(yīng)用的理想選擇。該設(shè)備的數(shù)據(jù)還可傳輸?shù)娇刂剖遥瑥亩鴮崿F(xiàn)遠程監(jiān)控砂粒的積聚情況。

因為不同井平臺的特性不同，該設(shè)備可以進行簡單的砂粒檢測配置，針對最小，中等，高度或最壓實的砂粒，具有四種靈敏度設(shè)置。除了檢測砂粒的積聚情況之外，這些設(shè)備還可用于控制系統(tǒng)，以自動進行腔室內(nèi)的清理循環(huán)。這消除了手動執(zhí)行此過程的需要。

這些振動音叉液位探測器還有其他一些優(yōu)點，包括緊湊、輕便且易于安裝。叉子的形狀確保任何稠性或粘性材料不會附著到設(shè)備上，而是迅速排出，這使得音叉探測器成為分離器的理想選擇。此外，該設(shè)備沒有任何可移動部件會被凍結(jié)或卡住，從而增加了設(shè)備的可靠性。

利用HART通信，這些設(shè)備具有先進的智能診斷功能，能夠更深入地了解分離器狀況，并通過識別潛在的問題來支持預(yù)測性的維護措施。

此外，通過監(jiān)測叉頻，還可以檢測逐漸累積在齒上的介質(zhì)。盡管振動音叉技術(shù)具有良好的抗輕度至中度積聚的能力，但如果不加限制，不斷增加的沉積物會導(dǎo)致錯誤信號，特別是如果叉子被橋接時。利用液位探測器可以監(jiān)測出介質(zhì)累積的情況，由于采出液中存在諸如石蠟的涂層材料，因此該功能可能在油氣生產(chǎn)中特別有效。所有的診斷信息都可直接或從控制室訪問。后一種方式消除了實地考察的需要。

有效的沉積物積聚檢測 

中國四川的一家油氣公司，正使用Rosemount 2140振動音叉探測器檢測油、氣與水分離器中的沉積物。作為頁巖氣提取工藝的一部分，四相分離器可有效地對油，氣與水的混合物進行脫砂。因此，作業(yè)者必須對分離器內(nèi)的砂層進行監(jiān)測并加以警告，以避免由于高含砂量引起的管道腐蝕與泵磨損問題。

為了實現(xiàn)這一目標，作業(yè)者安裝了艾默生公司的Rosemount 2140，并正進行可靠的沉積物堆積檢測。設(shè)備接觸流體的部件材料都需要符合認證要求，因為設(shè)備安裝在含有硫化氫的環(huán)境中。振動叉的數(shù)據(jù)通過HART通信傳輸，當沉積物達到臨界水平時，就會發(fā)出警報。因此，可以根據(jù)沉積物情況，預(yù)先安排設(shè)備清洗。

總結(jié) 

分離器在油氣生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。在分離器內(nèi)堆積過多的砂粒是不可取的，因為它可能會阻塞排砂罐，從而限制分離器的容量，如圖3a.與圖3b.還可能會導(dǎo)致分離器下游的設(shè)備被排出的砂子損壞。當從分離器的底部腔室手動清除積聚的沙子時，需要停止生產(chǎn)，這會嚴重影響生產(chǎn)效率。

圖3a.通過觀察孔檢查分離器，發(fā)現(xiàn)砂粒堆積的跡象，以及乳化水的特征。

圖3b.清理完畢后，所有的砂粒都被清除。容器壁上的痕跡表現(xiàn)出典型的油，水以及分界液面。

由于大多數(shù)作業(yè)者沒有定期的檢查程序，因此必須對砂粒進行可靠的監(jiān)測，以防止其過多的積聚。核技術(shù)可以完成這項任務(wù)，但與最新的振動音叉探測器相比，它有幾個缺點。最新一代的設(shè)備具有獨特的液-砂界面功能，可實現(xiàn)可靠的砂粒堆積檢測，并擁有自動優(yōu)化清理周期的能力，從而提高工作人員的安全性與生產(chǎn)效率。

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